Революционный, вдохновленный природой мягкий роботизированный захват.

Хотя хватание объектов является относительно простой задачей для нас, людей, в этой простой задаче задействовано множество механизмов. Взятие объекта требует точного управления пальцами, их положением и давлением каждого пальца, что, в свою очередь, требует сложных сенсорных способностей. Неудивительно, что захват и манипулирование роботами являются очень активной областью исследований в области робототехники.

Сегодня промышленные роботизированные руки заменили человека в различных сложных и опасных видах деятельности, в том числе в ресторанах, на фермах, фабриках и производственных предприятиях. В целом, мягкие роботизированные захваты лучше подходят для задач, в которых нужно поднимать хрупкие предметы, например, фрукты и овощи. Однако пока мягкие роботы перспективны в качестве инструментов для сбора урожая, у них обычно есть общий недостаток: их цена. Большинство конструкций мягких роботизированных захватов требуют сложной сборки нескольких частей. Это увеличивает затраты на разработку и обслуживание.

К счастью, исследовательская группа из Японского института передовых технологий (JAIST) под руководством доцента Ван Ань Хо нашла революционное решение этих проблем. Взяв лист от природы, они разработали инновационный мягкий роботизированный захват под названием «РОЗА», что означает «Сжимающий захват на основе вращения». Подробности о конструкции ROSE, а также результаты их последнего исследования были представлены на выставке Robotics: Science and Systems 2023 (RSS2023) конференция.

Что делает ROSE таким впечатляющим, так это ее дизайн. Мягкая захватная часть имеет форму цилиндрической воронки или втулки и соединена с жестким круглым основанием, которое, в свою очередь, прикреплено к валу исполнительного механизма. Воронка должна располагаться над объектом, который нужно поднять, на приличную часть площади его поверхности.

Затем привод поворачивает основание, в результате чего оболочка гибкой воронки плотно обхватывает объект, как показано на видео ниже. Этот механизм был вдохновлен меняющимися формами роз, которые цветут днем ​​и закрываются ночью.

ROSE предлагает существенные преимущества по сравнению с более традиционными захватами. Во-первых, это намного дешевле в производстве. Все твердые детали можно распечатать на 3D-принтере, а саму воронку можно легко изготовить с помощью формы и жидкого силиконового каучука. Это гарантирует, что дизайн легко масштабируется и подходит для массового производства.

Во-вторых, ROSE может легко подбирать самые разные объекты без сложных механизмов контроля и датчиков. В отличие от захватов, которые опираются на пальцеобразные структуры, рукав ROSE оказывает более мягкое и равномерное давление. Благодаря этому ROSE лучше подходит для работы с хрупкими продуктами, такими как клубника и груши, а также со скользкими предметами. При весе менее 200 граммов захват может достигать впечатляющего отношения полезной нагрузки к весу 6812%.

В-третьих, ROSE чрезвычайно прочный и прочный. Команда показала, что может успешно продолжать собирать объекты даже после 400 000 попыток. Более того, воронка все равно исправно работает при наличии значительных трещин или порезов. «Предложенный захват превосходно подходит для сложных сценариев, о чем свидетельствует его способность выдерживать серьезные испытания, в ходе которых мы разрезали воронку на четыре отдельные секции по всей высоте», — отмечает доц. Профессор Хо: «Этот тест подчеркивает исключительную устойчивость захвата и его оптимальную производительность в сложных условиях».

Наконец, ROSE можно наделить сенсорными возможностями. Исследователи достигли этого, поместив несколько камер поверх круглого основания, направленных на внутреннюю часть воронки, которая была покрыта маркерами, положение которых могло быть зафиксировано камерами и проанализировано с помощью алгоритмов обработки изображений. Этот многообещающий подход позволяет оценить размер и форму захваченного объекта.

Исследовательская группа отмечает, что ROSE может быть заманчивым вариантом для различных приложений, включая операции по сбору урожая и сортировку товаров на фабриках. Он также может найти место в загроможденных помещениях, таких как фермы, профессиональные кухни и склады.

“Роза захват обладает значительным потенциалом для того, чтобы произвести революцию в области применения захватов и получить широкое признание в различных областях, — заключает доцент Хо. — Его простая, но прочная и надежная конструкция призвана вдохновить исследователей и производителей на использование этого захвата для самых разных задач в области захвата. ближайшее будущее.”

Предоставлено Японским передовым институтом науки и технологий.